CN113668064B - 一种优化碳化硅晶片电阻率的辐照方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体材料加工技术领域，是一种优化碳化硅晶片电阻率的辐照方法；步骤包括：采用电子加速器对晶片进行辐照；先水平辐照晶片的小面区域；之后将晶片顺时针旋转90°，以晶片中轴线为界依次辐照中轴线一侧没有小面区域的区域和中轴线另一侧存在小面区域的区域；同时限定了电子加速器的输出功率、直流高压、电流、电子束流强度，以及辐照长度宽度、电子束出束口与辐照晶片的距离、辐照时间；本发明补偿了浅能级的非故意杂质缺陷，有效提升晶片的电阻率及晶片内与晶片间的电阻均匀性。

Description

一种优化碳化硅晶片电阻率的辐照方法
技术领域
本发明属于半导体材料加工技术领域，具体是一种优化碳化硅晶片电阻率的辐照方法。
背景技术
碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一，其具有的宽禁带，高热导率，高电场击穿场强，高抗辐射等特点，在高温，高频，大功率及抗辐射等方面有巨大的应用潜力。
在微波功率器件方面，器件在开关时存在功率损耗，如果衬底的电阻率较低的话，通常会引入较大的寄生电容，造成开关的功率损耗大幅度增加，严重的情况会出现衬底漏电，导致器件失效。所以制作微波功率器件往往需要衬底的电阻率常温下高于105Ω/cm，此类型衬底称之为半绝缘衬底。
目碳化硅衬底的半绝缘性有两种类型：掺杂半绝缘与高纯半绝缘。掺杂半绝缘一般采用掺杂金属钒（V）来产生深能级点缺陷以补偿浅能级杂质，如氮元素是PVT法生长碳化硅晶圆中常见的浅能级施主杂质，较高氮浓度会导致电阻率下降，减弱半绝缘特性。高纯半绝缘一般是尽可能的降低生长过程中的背景杂质浓度，然后利用本征点缺陷来补偿浅能级杂质，引入本征点缺陷的方法之一是利用加速粒子射线轰击材料来改性，粒子包括电子、质子、中子等，粒子出束的能量也不尽相同，范围在500keV—7000keV。
在非故意掺杂的高纯半绝缘晶体的生长初期，尤其是晶圆小面处，杂质元素浓度较高，很大程度减弱了高纯碳化硅晶片的半绝缘性，生长至中后期时，杂质浓度虽然有所降低，但也仍然存在上述现象。在整个生长过程中，杂质浓度的变化也无法人为精准控制，只存在递减趋势，晶片间的电阻率也是不尽相同，影响后期器件的相关性能。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种优化碳化硅晶片电阻率的辐照方法，以产生大量深能级点缺陷，增强晶片的半绝缘特性。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种优化碳化硅晶片电阻率的辐照方法，采用电子加速器对晶片进行辐照；先水平辐照晶片的小面区域；之后将晶片顺时针旋转90°，以晶片中轴线为界依次辐照中轴线一侧没有小面区域的区域和中轴线另一侧存在小面区域的区域。
所述电子加速器的输出功率为6-15Kw、直流高压为14.2-20.4Kv，电流范围为1.56-3.45mA，电子束流强度范围为7500-19600μA。
辐照长度≥70cm，宽度≥3cm；电子束出束口与辐照晶片的距离范围为60-120cm；辐照时间为0.5-4h。
优选的，电子加速器的输出功率为7Kw。
优选的，电子加速器的直流高压为17.8Kv。
优选的，所述电子加速器的电流为2.7mA。
优选的，所述电子加速器的电子束流强度为14000μA。
优选的，电子束出束口与辐照晶片的距离范围为75cm。
优选的，在对晶片辐照前测定电子加速器的实际输出能量，实际输出能量的误差在±5%以内。
优选的，使用辐照剂量片或国际标准方法吕叠片法测定电子加速器的实际输出能量。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
1、本发明采用高能电子轰击引入深能级点缺陷，补偿了浅能级的非故意杂质缺陷，有效提升晶片的电阻率及晶片内与晶片间的电阻均匀性。经过本发明方法辐照的高纯半绝缘晶片中的杂质浓度：B、N两种浅杂质浓度在2E16cm-3以下，Al杂质浓度在3E14cm-3以下。晶片内与晶片间电阻率分布均匀，量级位于E10---E11的中高值。
2、本发明采用的电子质量很小，对晶片表层的辐照宏观损伤很小，可以忽略不计。
3、高能电子相较于其他高能粒子容易获得，高能电子加速器业务也遍布全国，更适合工业化生产。
附图说明
图1为实施例1中辐照前期晶片内及晶片间的电阻率分布图。
图2为实施例1中辐照中期晶片内及晶片间的电阻率分布图。
图3为实施例1中辐照后期晶片内及晶片间的电阻率分布图。
图4为本发明所述辐照方法的辐照方式示意图。
图4中，1为晶片，2为小面区域，3为中轴线，4为电子束及电子束方向。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
1、根据实际情况选择一台5000KeV的电子加速器，调节加速器的输出功率，功率范围为7kw，直流高压为17.8kV，电子枪电流为2.7mA，电子束流强度为14000μA。
2、使用辐照剂量片或国际标准方法吕叠片法测定加速器的实际输出能量，能量存在±5%的误差为正常，电子束扫描长度与宽度与上述参数相关，实际中扫描长度应不低于70cm，扫描宽度不低于3cm。加速器钛窗口（电子束出束口）与辐照晶片的距离为75cm。
3、如图4所示，晶片内的辐照方式：最先辐照小面区域2及其周围，后顺时针旋转晶片1，旋转90°，以晶片1的中轴线3为界分别辐照晶片的两边中心，具体辐照方式如图4所示，依次辐照晶片上半部分没有小面区域2的一侧和下半部分具有小面区域2的一侧；辐照时间3h。
4、辐照后为了保障相关人员的安全，直流电子加速器完全停束，需等待一定时间后进入取样，等待时间由辐照时间决定。
5、辐照后的高纯半绝缘晶片中的杂质浓度：B、N两种浅杂质浓度＜2E16cm-3， Al杂质浓度＜3E14cm-3，辐照后晶片内及晶片间的电阻率分布变化如图1-3所示。从图中可以看出，晶片内与晶片间电阻率分布均匀，量级位于E10---E11的中高值。本实施例方法可以产生大量深能级点缺陷，增强晶片的半绝缘特性。
实施例2
1、根据实际情况选择一台5000KeV的电子加速器，调节加速器的输出功率，功率范围为6kw，直流高压为14.2kV，电子枪电流为1.56mA，电子束流强度为8500μA。
2、使用辐照剂量片或国际标准方法吕叠片法测定加速器的实际输出能量，能量存在±5%的误差为正常，电子束扫描长度与宽度与上述参数相关，实际中扫描长度应不低于70cm，扫描宽度不低于3cm。加速器钛窗口（电子束出束口）与辐照晶片的距离为100cm。
3、如图4所示，晶片内的辐照方式：最先辐照小面区域2及其周围，后顺时针旋转晶片1，旋转90°，以晶片1的中轴线3为界分别辐照晶片的两边中心，具体辐照方式如图4所示，依次辐照晶片上半部分没有小面区域2的一侧和下半部分具有小面区域2的一侧；辐照时间4h。
4、辐照后为了保障相关人员的安全，直流电子加速器完全停束，需等待一定时间后进入取样，等待时间由辐照时间决定。
5、辐照后的高纯半绝缘晶片中的杂质浓度：B、N两种浅杂质浓度＜5E16cm-3， Al杂质浓度＜3E14cm-3。
实施例3
1、根据实际情况选择一台5000KeV的电子加速器，调节加速器的输出功率，功率范围为15kw，直流高压为20.4kV，电子枪电流为3.45mA，电子束流强度为19000μA。
2、使用辐照剂量片或国际标准方法吕叠片法测定加速器的实际输出能量，能量存在±5%的误差为正常，电子束扫描长度与宽度与上述参数相关，实际中扫描长度应不低于70cm，扫描宽度不低于3cm。加速器钛窗口（电子束出束口）与辐照晶片的距离为60cm。
3、如图4所示，晶片内的辐照方式：最先辐照小面区域2及其周围，后顺时针旋转晶片1，旋转90°，以晶片1的中轴线3为界分别辐照晶片的两边中心，具体辐照方式如图4所示，依次辐照晶片上半部分没有小面区域2的一侧和下半部分具有小面区域2的一侧；辐照时间3h。
4、辐照后为了保障相关人员的安全，直流电子加速器完全停束，需等待一定时间后进入取样，等待时间由辐照时间决定。
5、辐照后的高纯半绝缘晶片中的杂质浓度：B、N两种浅杂质浓度＜7E16cm-3， Al杂质浓度＜3E14cm-3。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (3)

1.一种优化碳化硅晶片电阻率的辐照方法，其特征在于，采用电子加速器对晶片（1）进行辐照；先水平辐照晶片（1）的小面区域（2）；之后将晶片顺时针旋转90°，以晶片中轴线为界依次辐照中轴线一侧没有小面区域（2）的区域和中轴线另一侧存在小面区域（2）的区域；
所述电子加速器的输出功率为7Kw、直流高压为17.8 kV，电流范围为2.7mA，电子束流强度范围为14000μA；
辐照长度≥70cm，宽度≥3cm；电子束出束口与辐照晶片的距离范围为75cm；辐照时间为3h。
2.根据权利要求1所述的一种优化碳化硅晶片电阻率的辐照方法，其特征在于，在对晶片辐照前测定电子加速器的实际输出能量，实际输出能量的误差在±5%以内。
3.根据权利要求2所述的一种优化碳化硅晶片电阻率的辐照方法，其特征在于，使用辐照剂量片测定电子加速器的实际输出能量。
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